Welche Farbe hat der Strom? (oder die Spannung)
Rot, wenn es eine Gleichspannung ist, und gelb (braun), grün oder violett (rot), wenn es Wechselspannungen sind6.
Bemerkung: Hier gibt es noch ein „historisches“ Problem: Ursprünglich wurden die Farben gelb, grün und violett zur Unterscheidung der 3 Phasen verwendet — so wie sie auch im begleitenden Praktikum im Labor verwendet werden. Heute werden jedoch bei der Elektroinstallation alle Phasen in schwarz oder braun ausgeführt, wobei eine Kennzeichnung teilweise über Texte erfolgt. Die Rückleitung ist immer blau. Als Schutzleiter (Erdung) wird eine grün-gelbe Leitung verwendet.
Farben haben also eine inhaltliche Bedeutung — sie werden und sollen nicht „nach künstlerischen Gesichtspunkten“ oder noch schlimmer „ganz ohne Sinn“ verwendet werden. Nicht im Skript, nicht im Praktikum und schon gar nicht in der Praxis!
Im Skript lässt sich die Farbe gelb im SW-Druck nur schwer erkennen, so dass dafür die Farbe braun verwendet wird. Ebenso wird auch in der Wechselstromtechnik anstelle von Violett die Farbe Rot für die Phase verwendet, damit im Skript immer die Farbe „Rot“ für Spannung und die Farbe „Grün“ für Strom steht.
Neben der Spannungsquelle und dem Widerstand in der Gleichstromtechnik sind vor allem Spule und Kondensator in der Wechselstromtechnik von Bedeutung.
Besonders an die Farben der Spannungen sollte sich jeder zukünftige „Elektrotechniker“ gewöhnen, da es für erfahrene Ingenieure schon ein „kleiner Schock“ ist, wenn in einer 3-Phasen-Wechselstromschaltung ein gelber und ein grüner Stecker aufeinander stecken. Warum, könnte z.B. eine Frage im Praktikum sein!
Hier beenden wir den Exkurs in die Geschichte der Elektrotechnik. Wer mehr darüber lesen möchte kann sich z.B. mit (Antébi, 1983) ein schönes Bilderbuch dazu schenken lassen.
Was bedeutet:
… wir schließen die Schaltung an eine Stromquelle mit
 | (1.2.1) |
an …
Physikalische␣Größen und damit auch Größen der Elektrotechnik werden durch Formelzeichen, Zahlenwerte und Einheiten dargestellt
- Der Großbuchstabe I kennzeichnet einen Gleichstrom, dessen Amplitude konstant bleibt, unabhängig von der Zeit und der Belastung der Quelle. Das kann in der Theorie sogar zu nicht lösbaren Problemen führen, wenn z.B. an eine ideale Stromquelle ein Widerstand mit R = 0Ω angeschlossen wird. Warum?
- Mit dem Kleinbuchstaben i wird ein zeitabhängiger Wechselstrom i = i(t) bezeichnet, wobei auf das Zeitargument ja aufgrund der Definition verzichtet werden kann .
- Mit einem unterstrichenen Großbuchstaben I wird
der komplexe Zeiger eines sinusförmigen Wechselstroms
I = I
φ mit Betrag und Phase dargestellt. Genauer
müsste es I = I ⋅ ejφ heißen. Doch dazu mehr in der
Wechselstromtechnik …
- Physikalische Größen sind das Produkt aus einem
Zahlenwert und einer Einheit und ggf. einem dezimalen
Präfix.
→ Physikalische Größen können nicht als reine Zahlenwerte dargestellt werden. Dezimale Präfixe treten nur als einzelne Faktoren vor einer Einheit auf.
Die Formatierung (Schreibweise) ist durch DIN 1338 geregelt:
- Formelzeichen (U) in kursiver Schrift
- Einheitenzeichen (V) in aufrechter Schrift
- Dezimale Präfixe (mV) gehören zur Einheit und sind daher auch in aufrechter Schrift
- Zwischen Zahlenwert und Einheit ist ein Leerzeichen7
 | (1.2.2) |
Das international vorgeschriebenes Einheitensystem SI (Système Internationale) enthält 7 Basiseinheiten. Diese Einheiten der Tab. 1.1 sind als Anhang A der DIN 1301, Teil 1 spezifiziert (siehe auch (Frohne u. a., 2005)).
| Größe | Zeichen | Einheit | Zeichen |
| Länge | l | Meter | m |
| Masse | m | Kilogramm | kg |
| Zeit | t | Sekunde | s |
| Stromstärke | i | Ampère | A |
| Temperatur | T | Kelvin | K |
| Stoffmenge | n | Mol | mol |
| Lichtstärke | IV | Candela | cd |
Die genauen Definitionen der Basisgrößen finden sich in zahlreichen physikalischen Fachbüchern, so auch im Handbuch der Elektrotechnik (Böge, 2007, Seite 165).
Was ist mit der elektrischen Spannung, die mit dem Formelzeichen U dargestellt wird und deren Einheit?
![[U ] =?](gde_121x.png) | (1.2.3) |
→ Alle anderen Größen lassen sich als Produkte oder Quotienten aus den Basiseinheiten ableiten. Sie werden daher auch als abgeleitet SI-Einheiten bezeichnet.
Mit der elektrischen Leistung P = UI (siehe Gln. 2.5.6) kann die Einheit Volt der Spannung als
![2
[U ] = V = [P-] = -[W--]= -J- = kg-m--
[I] [t][I] sA sA s2](gde_122x.png) | (1.2.4) |
dargestellt werden. Mit der Einheit Joule der mechanischen Arbeit W = Fs = Pt, Kraft x Weg oder Leistung pro Zeitraum
![2
kg-m--
[W ] = J = [F ] ⋅ [s] = N ⋅ m = s2](gde_123x.png) | (1.2.5) |
und der Einheit Newton der Kraft F = ma
![kg
[F ] = N = [m ] ⋅ [a] = m-s2](gde_124x.png) | (1.2.6) |
Man kann schon hier sehen, dass der selbe Buchstabe unterschiedliche Bedeutungen haben kann, je nachdem in welchem Kontext er auftritt. So kann W zum einen das Formelzeichen der Arbeit und zum anderen die Einheit Watt der elektrischen Leistung darstellen.
In der Elektrotechnik werden aus Vereinfachungsgründen weitere abgeleitete Einheiten verwendet, wie sie in Tab. 1.2 angegeben sind. Ihre Maßeinheiten sind zu Ehren bedeutender Naturwissenschaftler oder Techniker genannt worden .
| Größe | Zeichen | Einheit | Zeichen | Umrechnung |
| Frequenz | f | Hertz | Hz | 1 Hz = 1∕s |
| Kraft | F | Newton | N | 1 N = 1 kg∕(m s2) |
| Arbeit | W | Joule | J | 1 J = 1 N m |
| Leistung | P | Watt | W | 1 W = 1 J∕s |
| Spannung | U | Volt | V | 1 V = 1 W∕A |
| Ladung | Q | Coulomb | C | 1 C = 1 A s |
| Widerstand | R | Ohm | Ω | 1 Ω = 1 V∕A |
| Leitwert | G | Siemens | S | 1 S = 1∕Ω |
| Kapazität | C | Farad | F | 1 F = 1 C∕V |
| Induktion | B | Tesla | T | 1 T = 1 V s∕m2 |
| Induktivität | L | Henry | H | 1 H = 1 V s∕A |
Für die praktische Schreibweise von „zu kleinen“ oder „zu großen“ Einheiten werden in der Elektrotechnik die bekannten Buchstaben aus Tab. 1.3 als dezimale Vielfache der Einheit verwendet.
| Kleiner 1 | Größer 1
| ||||||
| Atto | 10−18 | a | Exa | 1018 | E | ||
| Femto | 10−15 | f | Peta | 1015 | P | ||
| Pico | 10−12 | p | Tera | 1012 | T | ||
| Nano | 10−9 | n | Giga | 109 | G | ||
| Mikro | 10−6 | µ | Mega | 106 | M | ||
| Milli | 10−3 | m | Kilo | 103 | k | ||
| Zenti | 10−2 | c | Hekto | 102 | h | ||
| Dezi | 10−1 | d | Deka | 101 | D | ||
→Großbuchstaben vergrößern die Einheit immer und in der Regel verkleinern Kleinbuchstaben die Einheit, aber leider nur mit den bekannten Ausnahmen …8
Für die einfache Lesbarkeit elektrotechnischer Formeln werden folgende Vereinbarungen getroffen:
- Vektoren (mit Betrag und Richtung) werden mit einem Pfeil über dem Symbol gekennzeichnet: E
- Zeitabhängige Größen werden mit kleinen Buchstaben bezeichnet, wobei die explizite Zeitabhängigkeit häufig weggelassen wird: u = u(t)
- Zeitunabhängige Größen (der Gleichstromtechnik) werden mit großen Buchstaben bezeichnet: U = const
- Komplexe Größen (der Wechselstromtechnik mit Betrag
und Phase) werden unterstrichen: u bzw. U = (U
φ)
- Normierte Größen sind Zahlenwerte, die durch Division einer physikalischen Größe mit einer konstanten Größe gleicher Einheit entstehen: α(R) = U2(R)∕U1
- Verhältnisgrößen sind der Quotient zweier Größen gleicher Einheit: η(x) = Pab(x)∕Pzu(x)
Eine einfache Verständnisfrage: Welche Einheiten können normierte Größen und Verhältnisgrößen annehmen? Wer die Antwort wirklich nicht findet frage bitte in der Vorlesung nach!